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设计（）题目：基于安卓手机蓝牙控制的智能小车设计
学院名称：自动化
学生姓名：
专业：测控技术与仪器
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学号：
指导教师：
答辩组负责人：
填表时间：20XX 年 05 月
制
摘要
随着物联网的兴起，Android手机以其独有的开放性优势正在为我们提供更多优质便捷的技术成果。
本课题研究的是基于安卓手机蓝牙控制的智能小车设计，基于手机平台,借助于蓝牙技术,设计和实现了一种无线遥控小车新的解决方案。
设计以手机控制平台、蓝牙通讯模块、电机驱动模块等硬件模块组成的遥控小车。
实现小车的前进、后退、前左转弯、前右转弯、后左转弯、后右转弯等实时控制功能。
为遥控玩具小车的设计提出了一种新的思路,同时可以为将来智能家居的遥控设计提供一定的参考意义。
阐述一种通过手机蓝牙遥控小车行走的软、硬件设计。
手机蓝牙作为客户端,小车上的蓝牙模块HC-06作为服务端。
客户端采用Eclipse开发环境,JAVA编程,服务端采用单片机控制。
双方通过串口进行通信,单片机驱动直流电机控制小车行动。
实验结果表明,小车可以接收手机遥控信号并灵活地进行前行、倒退、左转、右转和停止等功能。
本文介绍了基于安卓手机的蓝牙智能小车控制要实现的功能，接着阐述该系统电路的设计及原理的说明，包括了方案的设计、重要元器件的介绍、电路设计的说明（包括单片机控制电路、电机驱动电路）安卓手机软件界面设计、软件设计流程以及系统的调试。
最后总结了基于安卓的蓝牙智能小车控制设计完成的任务，分析系统出现的不足。
【关键词】Andriod蓝牙智能小车智能手机AT89C52单片机
ABSTRACT
With the rise of the Internet of Things, Android phones with its unique advantage of being open for us to provide more quality and convenient technological achievements. The research is based on the Android mobile phone Bluetooth controlled smart car design, based on mobile platforms, by means of Bluetooth technology, design and implementation of a wireless remote control car new solutions. Control platform designed for mobile phones, Bluetooth munication module, motor drive modules and other hardware modules remote control car. Realize the car forward, backward, turn left in front, front right turn after turn left, turn right after the other real-time control functions. For the remote control toy car design presents a new way of thinking, and can for the future smart home remote control designed to provide some reference value.
Describes one kind of walking through the phone's Bluetooth remote control car software and hardware design. Bluetooth mobile phone as a client, a small car Bluetooth Module HC-06 as a server. Clients using the Eclipse development environment, JAVA programming, client services using micro-controller. The two sides municate through the serial port, the microcontroller drive DC motor control car action. Experimental results show that the car can receive mobile phone remote control signals and the flexibility to move forward, backward, turn left, turn right and stop functions.
Introduces the based on Andrews's the Bluetooth intelligent trolley control want to achieve the function is trolley be able to forward, backward, turn left, turn right, then expounded that the system circuit design and principle of description, including the program design, it is important ponents introduction, circuit design Description of (, including SCM control circuit, the motor drive circuit) Andrews mobile phone software interface design, software design flow as well as system debugging. Finally summed up the based on Andrews's the Bluetooth intelligent trolley control design is pleted the task of, analysis system appear deficiencies.
【Key words】Andriod Bluetooth Intelligent car Smartphone AT89C52 SCM
目录
前言 (1)
第一章绪论 (2)
第一节国内外研究现状 (2)
第二节发展趋势分析 (4)
第三节本章小结 (4)
第二章设计方案分析 (5)
第一节设计方案分析确定 (5)
第二节本章小结 (8)
第三章安卓操作系统概述 (9)
第一节安卓操作系统发展历史及趋势 (9)
第二节 Android开发环境搭建 (9)
一、 Android的基本介绍 (9)
二、 Android系统构架 (10)
三、 Android开发包及其工具的安装和配置 (11)
第三节本章小结 (13)
第四章系统硬件电路设计 (14)
第一节单片机最小系统 (14)
第二节电机驱动模块 (17)
第三节蓝牙模块 (21)
第四节本章小结 (22)
第五章系统软件程序设计 (23)
第一节主程序设计 (23)
第二节手机端程序设计 (25)
一、手机界面程序设计 (27)
二、手机监听程序设计 (28)
第三节本章小结 (29)
第六章系统整体的调试 (31)
第一节调试的方案 (31)
第二节硬件电路调试 (31)
一、独立元件的检测 (31)
二、单片机最小系统的调试 (33)
三、电源电路的测试 (34)
四、驱动电路的调试 (34)
第三节软件调试 (37)
第四节系统整体调试 (38)
第五节本章小结 (40)
结论 (41)
致谢 (43)
参考文献 (44)
附录 (46)
一、英文原文 (46)
二、英文翻译 (54)
三、源程序 (60)
前言
遥控小车是玩具市场一种很常见的玩具,但是每个小车都有自己特定的遥控器,原装遥控器坏了很难与其它型号的进行匹配。
现在手机使用十分普遍,如果利用手机这个平台,通过软件编程,可以很方便的在一个硬件平台实现多种小车的遥控器。
蓝牙,是一种支持短距离通信的无线电技术。
则可以通过手机蓝牙来控制我们的玩具小车[1、2]。
随着家用电器的越来越普及和人们生活节奏的加快，人们对电器的依赖性进一步提高，对电器的功能要求也进一步增大。
现有每个普通家庭中的遥控器包括空调遥控器、电视遥控器、DVD遥控器、汽车遥控器、门窗遥控器等，门类繁多且不通用，而另一方面，手机已成为人人必备的工具，如果可以用我们必备的手机去遥控所有这些家用电器，可摆脱将来对专用红外遥控面板的依赖，一机在手，万物尽在掌握之中。
因此，本先设计一种手机对智能遥控车的控制方案，利用本系统的控制模块可扩展至对所有家电的控制[2]。
Andriod是一个完全开放的标准平台，在20XX年11月5日这天，谷歌公司正式向外界展示了这款名为Android的操作系统，并且在这天谷歌宣布建立一个全球性的联盟组织，该组织由34家手机制造商、软件开发商、电信运营商以及芯片制造商共同组成。
这一联盟将支持谷歌发布的手机操作系统以及应用软件，将共同开发Android系统的开放源代码。
本程序是基于Android 2．1系统，所用开发工具为Eclipse集成开发环境，Eclipse是著名的跨平台的自由集成开发环境(IDE)。
最初主要用来Java语言开发，但是目前亦有人通过插件使其作为其他计算机语言比如C++、Python和Android的开发工具，在此开发环境下开发软件非常的方便。
第一章绪论
第一节国内外研究现状
一、国外研究现状
1984年，世界上第一幢智能建筑在美国康涅迪格州落成，这栋意义非凡的建筑只是对一座旧式大楼的一定程度的改造而完成的。
它只是采用计算机系统对大楼的空调、电梯、照明等设备进行监控，并提供语音通信、电子邮件、情报资料等方面的信息服务。
2000年，新加坡有近30个社区的约5000户家庭采用了这种家庭智能化系统，而美国的安装住户高达4万户。
20XX年，网络化家居的建设带来了高达4500亿美元的市场价值，这其中有3700亿美元是智能家电硬件产品的价值，剩余的部分则是软件和技术支持服务的费用。
现在，国外的智能家居系统技术己日趋成熟，预计今年，50%以上的新房将具有一定的“智能型家居”功能。
于此同时，由于技术的日益标准化，这些新型智能家居系统将比比尔.盖茨耗资6000万美元的高端别墅便宜得多。
在智能家居系统研发方面，美国及一些欧洲国家一直处于领先地位。
近年来，以美国微软公司及摩托罗拉公司等为首的一批国外知名企业，先后挤身于智能家居的研发中。
例如:微软公司开发的“梦幻之家”、摩托罗拉公司开发的“居所之门”、IBM公司开发的“家庭主任”等均已日趋成稳得技术强占家居市场。
此外，日韩新等国的龙头企业纷纷致力于家居智能化的开发，对家居市场更是跃跃欲试。
目前市场上出现得智能家居控制系统主要有：
（1）X-10系统（美国），该系统是利用电力线作为网络平台，采用集中控制方式实现。
这套系统的功能较为强大，与其它家居控制系统如ABB、C_BUS等比起来更容易接收，使用也相对简单。
因为实现同样的功能，X-10家居控制系统是利用220v电力线将发射器发出的X-10信号传送给接收器从而实现智能化的控制，因此采用这套系统不需要额外的布线，这也是这套系统的最大的一个优势，因为其它系统基本上都需要布低压线，在墙上或地面开槽、钻孔，施工难度大、费用高、工期长。
但由于缺乏在国内市场推广的条件且价格昂贵，该系统在国内应用极少。
（2）EIB系统（德国），该系统采用预埋总线及中央控制方式实现控制功能。
但由于其工程要求复杂严苛，并且价格较高，因此一直无法打开国内市场[3]。
（3）8X系统（新加坡），该系统采用预处理总线跟集中控制方式来实现功能。
它的优点在于利用的产品对系统进行扩展，系统较为成熟，比较适合中国国情。
但是由于系统架构、灵活性及产品价格等方面还难以达到要求，所以目前在国内还较少应用。
二、国内研究现状
20世纪90年代后期，我国的智能小区日益兴起。
众所周知，我国的智能化住宅建设最早起于上海、广州和深圳等沿海城市，并逐渐向内陆发展。
在97香港回归之际，在建设部“97跨世纪住宅小区案竞赛活动”中，上海中皇广场被建设部科技委员会列为全国首家“智能住宅示范工程”，揭开了全国智能小区发展的序幕。
1999年，建设部勘察设计司、建设部住宅产业化办公室联合组织实施全国住宅小区智能化技术示范工程，标志着我国住宅小区智能化进入了一个新阶段。
随着信息化走进了千家万户，由国家经贸委牵头成立了家庭信息网络技术委员会，而信息网络技术体系研究及产品开发已经被列为了国家技术创新的重点专项计划。
据建设部要求，截止今年，我国将有70%以上的家庭拥有Internet入网设备，大中城市中50%的住宅要实现智能化。
我国的智能家居相对于国外起步较晚，尚未形成一定的国家标准。
目前，主要采用国外的一些技术产品，但也有一些企业推出了自己的产品，主要有：（1）e家庭（海尔），该系列产品以海尔电脑作为控制中心，各种网络家电作为终端设备，海尔移动电话作为移动数字控制中心。
海尔在技术上同微软合作，利用微软的Windows Me技术和海尔的网络家电，使“e家庭”已具雏形，已推出了网络洗衣机、网络冰箱、网络空调、网络微波炉等一系列网络家电。
（2）e-home数字家园（清华同方），该智能家居控制系统是专门针对中国家庭设计的，遵循国际技术标准，采用嵌入式软、硬件技术，提供网络、网络节点及末端设备。
产品以功能模块开发为主，基于国外成熟的智能家居标准之上。
其智能家居控制系统主要有以下三个部分：
A系列：遵循EIB协议的家庭控制产品，适用于中高档住宅区。
B系列：遵循X-10协议的家庭控制产品，适用于中档住宅区。
易家三代：配电箱集中安装式家庭控制产品。
国内各大软、硬件机构正在积极的研制、开发更为符合市场的智能化家居设备，以解决当前智能化产品实用性差、使用复杂及产品价格昂贵等缺点，而技术创新性也逐步向国际先进水平靠拢，这样的未来值得期待[4]。
第二节发展趋势
智能家居的发展分为三个阶段：
首先是家庭电子化（Home Electronics）阶段，这个时期主要是面向单个的电器，家庭电器之间并没有形成网络，亦没有大的联系。
其次是住宅自动化（Home Automation）阶段，这个时期是面向功能的阶段，一部分的家庭电器之间形成了简单的网络，主要是为了实现某个特定单一的功能，例如单一的自动抄表功能。
最后是家居智能化（欧洲称为Smart Home，美国称为Wise House）阶段，这个时期是面向系统设计的阶段，系统通过家庭分布总线把住宅内各种与信息相关的通信设备、家用电器、报警装置并到网络节点中进行集中的监控、管理，保持家电与环境的协调，提供生活、工作、学习以及娱乐的各种优质服务，营造一种温馨舒适的家庭氛围。
智能家居控制系统提供高效、舒适的家居环境，确保住户的生命财产安全；集中或远程调节家居环境的温度、湿度以及风的速度等，同时检查空气成分，提高空气质量；调节音响，电视等娱乐设施，愉悦心情；合理利用太阳能活周遭环境的变化，尽可能的节约能耗，达到合理利用资源；提供现代化的通信、信息服务。
第三节本章小结
Internet和移动通信的迅速发展，使人们对各种数据和移动服务的需求快速增长。
蓝牙技术作为一个全球开放性无线标准，通过把各种语言和数据设备用无线链路连接起来，使人们能够随时随地实现个人区域内语言和数据的交换与传输，随着技术的发展和完善，蓝牙必将对人们的生活和工作产生重大的影响。
第二章设计方案分析
第一节设计方案分析
一、设计要求
本次设计要求实现一个手机可以远程通过蓝牙控制小车的前进、后退、左转和右转。
要求学生对单片机和安卓手机开发有一定程度的理解，熟悉单片机定时器/计数器以及中断的使用，会基本的C语言和java，熟练掌握keil 51软件的使用与程序下载以及安卓手机软件开发环境。
二、设计构思
通过查找资料进行方案论证和选择，可以确定出该系统的整体构成。
本设计是以AT89C52单片机为核心，以设置手机界面来设置前进、后退、左转、右转、停止等功能。
单片机控制电机驱动来控制电机的正反转以实现小车的前进、后退、左转、右转、停止。
HC-06为蓝牙接收模块，通过与手机端的蓝牙进行连接配对，从而接收从手机端发送过来的动作指令。
接收到的指令再传递给单片机，单片机通过分析传递过来的指令不同，而跳转到不同的子程序来控制电机驱动，从而实现小车的前进、后退、左转、右转、停止等不同的动作。
电源提供给单片机5V直流电，L298需要从外部接两个电压，一个是给电机的，另一个给L298芯片的[5]。
三、系统框图
通过查找资料进行方案论证和选择，可以确定出该系统的整体构成，本系统的系统框图如图2.1所示。
图2.1 系统框图
四、单片机的选择
单片机芯片选型时,总的原则是:
(1)芯片含有功能或数量略大于设计需求,设计需求尽可能用芯片完成，少用外围器件。
(2)技术性:要从单片机的技术指标角度,对单片机芯片进行选择,以保证单片机应用系统在一定的技术指标下可靠运行;
(3)实用性:要从单片机的供货渠道、信誉程序等角度，对单片机的生产厂家进行选择以保证单片机应用系统在能长期、可靠运行；
(4)可开发性：选用的单片机要有可靠的可以开发手段，如程序开发工具、仿真调试手段等。
单片机仅用于控制电机驱动，用51结构的有Atmel的AT89CXX系列、AT89SXX系列、AT89C20系列（20引脚）或STC的所有单片机都可以实现。
根据在学校比较流行的学习单片机是AT89CXX系列，而且AT89C52单片机便宜，购买方便，故单片机选用AT89C52单片机[6]。
五、电机驱动的选择
底盘和最小系统确定好了后，小车还是跑不起来——缺少电机驱动。
单片机的I/O是驱动不了电机的，因此我选用的是L298N电机专用驱动芯片。
L298N 通过单片机的I/O输入改变芯片控制端的电平，即可以对电机进行正反转，停止的操作，输入引脚与输出引脚的逻辑关系图如表2.1所示。
表2.1 L298N模块逻辑关系图
L298N电机驱动模块性能特点：
1、可实现电机正反转及调速。
2、启动性能好，启动转矩大。
3、工作电压可达到36V，4A。
4、可同时驱动两台直流电机。
5、适合应用于机器人设计及智能小车的设计[7]。
六、蓝牙模块的选择
本模块分主机和从机，主机能和从机配对通信，从机与从机之间或主机与主机之间不能通信，从机能和电脑、手机等的蓝牙配对通信，购买时默认为从机。
我们在做智能小车控制时，蓝牙模块主要是实现接收从手机端发送过来的指令，所以我们需要的是从机模块。
蓝牙串口在模块功能上，偶数命名的互相兼容，从机命名的也互相兼容，也就是说，HC-04与HC-06，HC-03与HC-05在功能上是兼容的。
HC-04与HC-06是比较早的版本，用户不可以自己切换主机或者从机，AT指令集很少，包括修改蓝牙名（限于从机），修改密码，修改波特率，询问版本号等几个基本功能。
在本次设计中我们只需实现简单的通信，因此选用HC-06模块。
HC-06模块只记忆最后一次配对过的从机，并只与该从机配对，直到KEY（26脚）高电平触发时放弃记忆，26脚默认应该为低电平。
七、电源的选择
电源给单片机及电机驱动等使用5V直流电的器件提供电源，供系统正常工作。
方案一：使用开关电源将220V交流电转为5V直流电给系统供电。
开关电源的体积小，重量轻。
但由于需要耐压不小于220V的电容等特殊的元器件，日常生活中较难找全器件，开关电源的散热比较差，不适宜长时间工作。
故此方案不适宜。
方案二：用变压器降压经整流桥整流和7805稳压后给系统供电。
变压器相对比较重，但他的电路稳定，适宜长时间供电。
能做到交流电供电正常时就能给系统正常供电。
但在交流电失电时系统会停止工作，这时的时钟也会停止走时。
在重新供电时系统会重启，从而造成原先设置的数据丢失。
故此方案存在漏洞，不适宜使用。
方案三：使用交流电和干电池混合给系统供电。
在交流电不失效的情况下由交流电转5V直流电供电，在交流电失效情况下由干电池供电。
这样就能解决运行成本过高或者在交流电失效时丢失原先设置数据的问题。
方案四：使用干电池给系统供电。
干电池供电能让系统稳定的工作，时钟的走时不受交流电的影响。
干电池的价格相对交流电而言较贵，用干电池单独供电会造成使用成本提高的问题。
但综合情况考虑到小车要前进、后退、左转、右转等问题，因此不可能采用交流电源来供电，最终决定两个电源都采用干电池供电比较合理，因此采用方案四提供电源。
第二节本章小结
通过查找相关资料，首先确定要完成该设计需要到的硬件有单片机最小系统、蓝牙模块（只需实现接收数据，不用发送数据的从机模块HC-06）、电机驱动模块。
通过分析该设计需要实现的功能，而选择适合的芯片型号及供电的方式。
最后综合分析后绘制了该系统的硬件接线图。
第三章安卓操作系统概述
第一节安卓操作系统的发展历史及趋势
Android系统一开始并不是由谷歌研发出来的，Android系统原来的公司名字就叫做Android，谷歌公司在20XX收购了这个仅成立22月的高科技企业。
Android系统也开始由谷歌接手研发，Android系统的负责人以及Android公司的CEO安迪·鲁宾成为谷歌公司的工程部副总裁，继续负责Android项目的研发工作。
在20XX年11月5日这天，谷歌公司正式向外界展示了这款名为Android的操作系统，并且在这天谷歌宣布建立一个全球性的联盟组织，该组织由34家手机制造商、软件开发商、电信运营商以及芯片制造商共同组成。
这一联盟将支持谷歌发布的手机操作系统以及应用软件，将共同开发Android 系统的开放源代码[8]。
第二节Android开发环境搭建
一、Android的基本介绍
Android是一种基于的自由及开放源代码的，主要使用于移动设备，如和，由公司和领导及开发。
尚未有统一中文名称，中国大陆地区较多人使用“”或“”。
Android操作系统最初由开发，主要支持手机。
20XX年8月由Google收购注资。
20XX年11月，Google与84家硬件制造商、软件开发商及电信营运商组建开放手机联盟共同研发改良Android系统。
随后Google以Apache开源许可证的授权方式，发布了Android的源代码。
第一部Android智能手机发布于20XX 年10月。
Android逐渐扩展到平板电脑及其他领域上，如、、等。
20XX年第一季度，Android在全球的市场份额首次超过，跃居全球第一。
20XX年11月数据显示，Android占据全球智能市场76%的份额，中国市场占有率为90%。
其具有以下特点：
①开放性：在优势方面，Android平台首先就是其开发性，开发的平台允许任何移动终端厂商加入到Android联盟中来。
显著的开放性可以使其拥有更多的开发者，随着用户和应用的日益丰富，一个崭新的平台也将很快走向成熟。
开发性对于Android的发展而言，有利于积累人气，这里的人气包括消费者和厂商，而对于消费者来讲，最大的受益正是丰富的软件资源。
开放的平台也会带来更大竞争，如此一来，消费者将可以用更低的价位购得心仪的手机。
②不受束缚：在过去很长的一段时间，特别是在欧美地区，手机应用往往受到运营商制约，使用什么功能接入什么网络，几乎都受到运营商的控制。
自从20XX年iPhone上市后，用户可以更加方便地连接网络，运营商的制约减少。
随着EDGE、HSDPA这些2G至3G移动网络的逐步过渡和提升，手机随意接入网络已不是运营商口中的笑谈。
③丰富的硬件：这一点还是与Android平台的开放性相关，由于Android 的开放性，众多的厂商会推出千奇百怪，功能特色各具的多种产品。
功能上的差异和特色，却不会影响到数据同步、甚至软件的兼容，如同从诺基亚Symbian 风格手机一下改用苹果iPhone，同时还可将Symbian中优秀的软件带到iPhone 上使用、联系人等资料更是可以方便地转移。
④方便开发：Android平台提供给第三方开发商一个十分宽泛、自由的环境，不会受到各种条条框框的阻扰，可想而知，会有多少新颖别致的软件会诞生。
⑤Google应用：在互联网的Google已经走过10年度历史，从搜索巨人到全面的互联网渗透，Google服务如地图、邮件、搜索等已经成为连接用户和互联网的重要纽带，而Android平台手机将无缝结合这些优秀的Google服务。
二、Android系统构架
Android的系统架构和其操作系统一样，采用了分层的架构。
从架构图3.1看，Androi d分为四个层，从高层到低层分别是应用程序层、应用程序框架层、系统运行库层和Linux内核层[9]。
图3.1 Android结构图
1、应用程序
Android会同一系列核心应用程序包一起发布，该应用程序包包括客户端，SMS短消息程序，日历，地图，浏览器，联系人管理程序等。
所有的应用程序都是使用JAVA语言编写的。
2、应用程序框架
开发人员也可以完全访问核心应用程序所使用的框架。
该应用程序的架构设计简化了组件的重用，任何一个应用程序都可以发布它的功能块并且任何其它的应用程序都可以使用其所发布的功能块（不过得遵循框架的安全性）。
同样，该应用程序重用机制也使用户可以方便的替换程序组件。
3、系统运行库
Android 包含一些C/C++库，这些库能被Android系统中不同的使用。
它们通过Android 应用程序框架为开发者提供服务。
4、系统内核
Android 是运行于Linux kernel之上，但并不是GNU/Linux。
因为在一般GNU/Linux 里支持的功能，Android 大都没有支持，包括Cairo、X11、Alsa、FFmpeg、GTK、Pango及Glibc等都被移除掉了。
Android又以Bionic 取代Glibc、以Skia 取代Cairo、再以opencore取代FFmpeg等等。
三、Android开发包及其工具的安装和配置。
